模具實訓的教學改革探索

黃凌森， 江麗珍

（廣州城市理工學院工程訓練中心， 廣東 廣州 510800）

引言

金工實習是一門實踐性技術基礎課，學生們可以通過這門必修課的學習來了解機械加工的生產全過程，以此提高他們的實踐操作能力及綜合素質，如紀律性、愛崗敬業精神等[1]。隨著工業4.0 的興起，智能設計與制造的不斷發展，為了緊跟時代技術的發展，本校工程訓練中心一直努力開拓新工種、引入先進設備、摸索新的教學方法，以提升教學質量，通過實習來強化學生的實踐經驗和實踐能力，培養學生的創新意識和能力[2]。

目前本中心正在大力開展虛擬仿真實驗室的建設，借著這次機會對模具拆裝工種進行了一次重大的教學改革，在教學中引進智能模流分析軟件Moldflow，以其為導向開展模具教學。Moldflow 作為注塑CAE 的技術領袖，可以直觀地將整個注塑成型過程進行模擬分析，能對塑料熔體的充填、保壓、冷卻情況以及制件的收縮、翹曲、變形等情況做出精確預測，對模具設計具有重大的指導意義，同時還能減少試模的次數[3]。通過增加模擬仿真及智能數據分析的環節，將教學內容由測繪模具轉移到智能模流分析軟件上來，從而引導學生更清楚認識模具各個部分對產品成型的影響。

1 模具工種傳統教學方式分析

模具被稱為工業之母，涉及機械、汽車、電子通訊、家電等各個行業[4]。在金工實習中專門開設模具拆裝工種，能讓大學生們了解生活中很多東西是怎么成型出來的，對學生尤其是機械工程學院的學生專業課的學習有很大的幫助。

模具拆裝實習過程中，先利用多媒體播放視頻動畫介紹各種模具的工作過程和內部結構，再通過現場的拆裝和測繪模具，讓學生結合實物進一步分清模具的各個零件及其作用。根據實習時間的長短，將教學任務分為三種[5]，具體教學安排如表1 所示。

表1 模具實訓原本的教學安排

雖然我們一直在努力豐富教學視頻、不斷更新模具內容，但隨著智能制造的興起，模具工種的裝備條件已經非常落后，在實習中總有一些難以克服、經過多次改革也仍然存在的困難。

1）由于場所限制，理論教學使用的多媒體教室和實操教學的車間是分開的，為了減少跑動及跑動浪費的時間，通常都是在多媒體課室講完理論再到車間現場介紹并拆裝模具，學生們會覺得理論時間過長，枯燥乏味，也容易混亂、忘記。

2）除了拆裝模具，學生要花大部分時間進行模具測繪，他們普遍會覺得這個過程枯燥且難度太大。還有部分學生對手工畫圖有抵觸情緒，提出為何不緊跟時代步伐用電腦進行繪圖的疑問，不是很愿意扎扎實實地完成模具裝配圖。學習態度的不端正導致這類學生的實習過程非常懶散，所繪圖紙質量很差。

3）由于模具數量有限，實習人數多，一般安排4人共用一套模具，這樣雖然能讓學生學會分工合作、互相配合，但也不可避免地出現抄襲現象。尤其是在機械工程學院的學生實習中，有時每組實習人數安排到20 多人，且要求必須沖壓模和注塑模同時進行測繪，第二天交換模具后，更難阻止抄襲的出現。

4）金工實習中很多工種都能讓學生自己設計并加工出成品，并可讓他們帶回去做紀念，實習起來非常有意義，學生們興趣濃厚。相比之下，模具工種中無注塑設備、沖壓模的沖壓也有專門的工種負責，確實無趣枯燥還“落后”。

鑒于上述問題，平時對模具工種進行的教學方式、內容的更新都只能算是小改革。為了從源頭上真正解決實習過程枯燥的問題，必須引入新設備新技術，增加學生動手操作的機會，并豐富學生動手操作的學習內容。

2 模具工種教學改革的實施方案

2.1 實訓室的規劃與建設

模具實訓面向的是全校大二學生，每學年接受4 000 多人的實習任務，最多時一次容納24 人左右。中心已為本工種新增電腦室一間，配有40 余臺電腦，并裝好Autodesk Moldflow Synergy 2012 和proeWildfire 5.0 軟件。車間現場配備8 張工作臺，用于拆裝及測繪的沖壓模和注塑模各4 套，另有十余套模具擺放一旁，以供學生觀摩。

2.2 教學計劃的制定

本次教學改革準備以四大模塊開展教學，一是Moldflow 軟件模塊，二是Pro/E 分模模塊，三是Solidworks 裝配模塊，四是測繪模塊。為此，我們準備了數套Moldflow 軟件的教學案例及Pro/E 的分模案例，也利用Solidworks 軟件將車間現場拆裝使用的模具全部繪制了3D 圖，準備作為裝配模塊應用于新教學。但真正實施下來，發現實習時間實在有限，大二的學生們接受能力也有限。于是經過三輪的教學實踐（2 d／批、1 d／批和0.5 d／批），在磨合中不斷修正和完善教改方案，最終確定了教學計劃，具體的模具教學安排制定如表2 所示。

表2 改革后的模具教學安排表

此次教學改革最終構成了以Moldflow 軟件為工作任務導向，CAE 與CAD 軟件相配合的理論結合實際的新教學模式。在教學中，利用典型的模流分析教學案例展開教學，結合對應的Pro/E 分模案例，通過拆裝模具，讓學生理解注塑模澆注系統和冷卻系統的作用、它們對成型過程的影響、注塑模的設計流程和工作原理，并提高學生應用智能分析軟件的能力。通過對沖壓模的測繪，掌握沖壓模的工作原理、內部結構及其作用，培養了學生解決問題的能力和團隊合作的精神。將傳統的模具技術、落后的實習內容與現代先進的智能的CAD、CAE 技術相碰撞相結合，讓學生在短短的實習時間里能通過更豐富的實習內容和先進的手段認識了傳統的模具技術。

3 模具工種改革的實踐效果

以Moldflow 軟件為導向開展的模具改革已在正式教學中實施了近兩學年。相較于以前填鴨式理論講授，以拆裝和測繪模具為主的教學模式，現在通過三個教學模塊（CAE 模流分析、CAD 分模設計、模具拆裝測繪）的組合學習，課程設計更加充實飽滿，學生們的實習內容更加豐富。而且考慮到學生們初次接觸模流分析軟件和Pro/E 軟件，選取的實例和練習難度均適中，容易理解。學生反映認識和了解模具的手段多元化了，教學內容和過程也更貼近企業設計模具的流程，接觸到了更多的模具知識，模具知識體系更完整了。此外，很多學生認為CAE 的模流分析效果非常逼真，能清晰地看到塑料熔體進入型腔的過程，能通過簡單操作完成模具的主要結構設計，還能看到不同的模具結構設計對成型效果的不同影響，從而獲得最優的設計方案，增強了他們應用分析設計軟件的能力。通過項目教學法，學生們表示現在都能很好地參與到模擬任務的動手操作中去，學習目的明確，能獨立自主地發現問題、分析問題、解決問題，在極大程度上提高了他們自主學習的積極性和自主能動性，教學質量也得以大大提高。

4 結論

本次改革突破了傳統教學模式，不再局限于通過測繪模具這一傳統方式讓學生認識模具結構，而是通過多元化手段讓學生接觸更多的模具知識，了解模具設計的核心，讓每個學生都能參與進來，且都能動手操作。智能模流分析軟件和智能三維設計軟件的引入，豐富了模具工種的實習內容，完善了模具的知識體系，提高了學生應用智能數據分析軟件的能力，增強了學生的數字化新技術應用能力。